UNIVERSIDADE FEDERAL DO ABC CENTRO DE ENGENHARIA, MODELAGEM E CIÊNCIAS SOCIAIS APLICADAS FONTES RENOVÁVEIS DE ENERGIA (EN 2419)

1RA. LISTA DE EXERCÍCIOS1, – CAP. 1, 2, 3 E 4 – QUADRIMESTRE 2015-1

1) A superfície do reservatório da usina hidrelétrica de Itaipu no nível normal é de 1350 km2 e em 2006 produziu 92.689 GWh de energia correspondente a 10.581 MW médios.

a) Sabendo que a irradiação solar diária media nesse local é de 4,5 kWh/m2.dia e assumindo que a eficiência de conversão dos sistemas fotovoltaicos seja de 12%, determinar o potencial de energia fotogerada por esses sistemas na área do reservatório da usina em um ano. b) Comparando o resultado do item anterior com a energia produzida em 2006 pela UHE Itaipu, encontrar a relação de proporcionalidade e emitir conclusões.

2) A potência da usina atômica Angra 2 é de 1350 MW e em média em 2008 operou com 88,44% da sua capacidade. Nesse ano a operação da unidade foi interrompida durante 35 dias para troca de combustível. Determinar o número de aerogeradores de 3,0 MW de potência necessários para fornecer a mesma quantidade de energia de Angra 2 em 2008. Estes equipamentos serão instalados em um suposto parque eólico com o seguinte potencial de velocidade do vento obtido a 50 metros de altura:

Velocidade do vento médio mensal (m/s) obtido a 50m de altura

Jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez

13,1 12,2 11,4 11,9 12,5 13,8 14,1 14,5 15,3 15,1 14,2 13,9

Para os cálculos considerar Fator de Capacidade (FC) do parque eólico de 21%. A curva de comportamento da potência do aerogerador em função da velocidade do vento corresponde ao modelo Vestas V90-3,0 MW fornecido abaixo. OBSERVAÇÃO: em 2008 o mês de fevereiro teve 29 dias. A energia produzida pelo aerogerador pode ser calculada com a seguinte equação:

Curva de velocidade VS potência do aerogerador modelo Vestas V90 – 3,0 MW

1 Alunos que desejem podem entregar os exercícios resolvidos no dia da primeira avaliação (12/03/2015).

FCtPE efefP

3) a) Determinar o custo de um sistema eólico (CSE) levando em conta que o porcentual de subsídios diretos no custo do aerogerador é de 30%. O preço estimado do sistema sem subsídios é de R$ 42.000 incluindo trabalhos prévios, materiais, acessórios e instalação. b) De acordo com os dados do fabricante, a vida útil do sistema eólico é de 20 anos sendo que foi assinado um contrato de manutenção que especifica o pagamento de R$ 750 por duas inspeções anuais durante 10 anos. O contrato pode ser ampliado por outros 10 anos com incremento de 20%. Nessas condições calcular o custo total (CT) do sistema eólico incluindo os gastos de manutenção (CM) durante esses 20 anos. c) O diâmetro das pás do aerogerador é de 7,8 m e foi instalado em uma residência rural com velocidade de vento média mensal de 17,68 km/h. Calcular a produção total de energia elétrica (ET) do sistema eólico durante 20 anos. d) O custo sem incentivos do kWh do sistema eólico pode ser determinado relacionando o custo total do sistema com a energia produzida durante 20 anos (R$/kWh). Entretanto, supondo que existem incentivos fiscais de R$ 0,07/kWh favoráveis à energia eólica, calcular o custo efetivo do kWh do sistema. 4) A queda bruta em um moinho para fazer farinha de trigo é de 3 m e a vazão da água de 30 l/s sendo que a eficiência do sistema é de 40%.

Pede-se: a) Determinar o trabalho diário que o moinho é capaz de realizar supondo que funciona durante 12 horas por dia. b) Sabendo que o trabalho mecânico necessário para moer com esse sistema é de 1 kWh por cada 20 kg de trigo, calcular a produção diária do moinho. c) Qual o conteúdo energético produzido diariamente pelo moinho considerando que 1 kg de farinha de trigo contém 15 MJ? d) Se as pessoas conseguissem satisfazer metade se suas necessidades diárias de energia alimentaria com a farinha obtida, calcular o número de pessoas que poderiam ser alimentadas pelo moinho. (Levar em conta que, em média, para se alimentar uma pessoa precisa de 2200 kcal/dia).

5) Em um aproveitamento hidrelétrico, o nível de montante encontra-se na cota de 890 m e o de jusante na de 750 m. Sabendo-se que a vazão é de 60 m3/s; o comprimento equivalente do encanamento de adução de 4,5 m de diâmetro é de 1000 m; o rendimento total da turbina é 92% e do gerador 94%, determine:

a) A queda bruta e a queda realmente disponível (queda líquida). b) A potência bruta e a potência realmente disponível no eixo da turbina (em kW). c) A potência elétrica na saída do gerador.

Assumir adução com encanamento de aço soldado com λ = 115 OBSERVAÇÃO Queda bruta H = cota a montante – cota a jusante As perdas nos condutos Hp podem ser calculadas pela seguinte formula empírica: Onde:

Q = Vazão λ = Coeficiente específico do material do encanamento de adução D = Diâmetro do encanamento de adução L = Comprimento do encanamento de adução

LDQ

HP ...643,10 87,4

85,1

6) Calcular a potência correspondente à energia contida na matéria seca de 1 km2 de plantação de cana de açúcar, sabendo que essa área produz em média 5.000 toneladas por ano. Utilizar dados mostrados na tabela a seguir

Produção agrícola (tons.)

Produção de resíduos (Tons/ha)

Conteúdo de matéria seca

(%)

Produção total de resíduos (Tons)

PCS do bagaço de cana de açúcar

(MJ/kg)

396.012.158 7,0 – 13,0 23,0 59.401.824 17,33

(Fonte: Cortez et al., 2008:20) 7) a) Um fogão rústico do tipo três pedras gasta em média 1 kg de madeira por pessoa para ferver 2 litros de água diariamente. Determinar a energia calorífica requerida nesse processo considerando temperatura do ambiente de 20oC b) Sabendo que o poder calorífico da madeira é 18 MJ/kg, calcular a eficiência térmica do processo. c) De acordo com a informação anterior, quanta madeira deveria dispor anualmente uma aldeia de 200 pessoas para assegurar energia para cocção? d) Se a produção média de madeira é de 11 ton./ha.ano, qual a área de terreno utilizada pela aldeia em um ano para atender suas necessidades energéticas para cocção? e) Se a produção de madeira demora em média 8 anos, no mínimo, quantas hectares teria que reservar a aldeia para produzir madeira sem pôr em risco o fornecimento de energia para cocção? 8) Uma usina de produção de energia elétrica a partir do biogás gerado por esterco e resíduos suínos, pode processar em torno de 90 m3 diariamente. Os geradores de energia elétrica movimentados pela combustão do biogás fornecem anualmente à rede elétrica 750.000 kWh. a) Calcular a potência media da usina em kW. b) Supondo que a eficiência da usina é 25%, calcular a quantidade de energia diária que deveria ser convertida em calor. c) Se o biogás contem 60% em volume de gás metano, qual o volume diário de biogás necessário para gerar a energia do item anterior? (o conteúdo energético do metano puro é 40 MJ/m3) d) Se o conteúdo médio de sólidos nos resíduos suínos é 5%, ou seja 50 kg de sólidos por m3 de resíduos, calcular o volume de gás produzido por cada tonelada de sólido seco.

RESPOSTAS 1. a) 266,1 TWh; b) 2,87 2. Aproximadamente 1897 aerogeradores 3. a) R$ 29.400; b) R$ 45.900; c) 350.400 kWh; d) R$ 0,061/kWh 4. a) 4,24 kWh; b) 84,8 kg/dia; c) 1272 MJ; d) 289 pessoas 5. a) 140 m e 137,9 m; b) 82.404 kW e 74.675 kW; c) 70.195 kW 6. 632 kW 7. a) 0,67 MJ; b) η = 3,72%; c) 73 ton./ano; d) 6,6 ha; e) 52,8 ha 8. a) 85,62 kW; b) 29.600 MJ/dia; c) 1.233,3 m3/dia; d) 274,1 m3